《电阻应变式传感器》PPT课件

《《电阻应变式传感器》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、检测技术第四章电阻式传感器本章内容简介电阻应变式传感器是一种典型的结构型传感器，它利用电阻应变效应，将力、力矩、压力等物理量转换为电信号。电阻应变片是电阻应变式传感器的核心元件。本章首先介绍电阻应变效应，然后介绍电阻应变片的类型、结构和基本特性。本章内容简介电阻应变式传感器最常用的测量电路是电桥，本章对测量电桥的类型、结构和工作原理、特性和应用做了分析。温度误差是电阻应变式传感器的主要误差，本章对温度误差的产生做了分析，并给出了温度补偿的措施。作为典型应用，最后介绍了几种最常用的金属电阻应变式力传感器。教材胡向东等编著《传感器与检测技术》P.23～385.1电阻应变效应电阻应变式

2、传感器是一种利用电阻应变效应，将力、力矩、压力等物理量转换为电信号的结构型传感器。5.1.1电阻丝的电阻应变效应电阻丝受外力作用时，将产生弹性变形和应变，与此同时其电阻值也发生改变，这种现象称为电阻应变效应。先考虑如图所示的电阻丝的电阻应变效应。5.1.1电阻丝的电阻应变效应单根电阻丝的电阻R可用下式表示：5.1.1电阻丝的电阻应变效应当电阻丝受力伸长（或缩短）时，ρ、L、A均发生变化，从而引起电阻值的变化。5.1.1电阻丝的电阻应变效应电阻值的变化量dR可通过上式的全微分求得：5.1.1电阻丝的电阻应变效应则电阻值的相对变化量为：5.1.1电阻丝的电阻应变效应为分析方便，假设电

3、阻丝是圆形截面的，截面积A＝πr2，r为电阻丝的半径，则有5.1.1电阻丝的电阻应变效应令εx称为电阻丝的纵向应变，εy称为电阻丝的横向应变。5.1.1电阻丝的电阻应变效应由材料力学可知，在弹性范围内，若电阻丝受拉伸，则沿轴向（纵向）伸长，沿径向（横向）缩短，纵向应变与横向应变的关系可表示为：5.1.1电阻丝的电阻应变效应上式中，μ为电阻丝材料的泊松系数，又称泊松比。上式中的负号表示横向应变与纵向应变的方向相反。5.1.1电阻丝的电阻应变效应综合上面三个式子，可得：这就是电阻应变效应的表达式。5.1.1电阻丝的电阻应变效应单位应变所引起的电阻相对变化量称为电阻丝的应变灵敏系数，用

4、K表示。根据上式可得5.1.1电阻丝的电阻应变效应由上式可知，电阻丝的应变灵敏系数受两个因素的影响：一是因电阻丝几何尺寸改变产生应变而引起的，即（1+2μ）项，往往称之为几何效应；二是因受力后电阻丝的电阻率发生变化而引起的，即后面的一项，往往称之为压阻效应。5.1.2金属电阻应变效应对于金属材料，其压阻效应是很小的，可以忽略不计，电阻应变效应主要是几何效应。因此有这就是金属电阻应变效应的表达式。5.1.2金属电阻应变效应上式中Ks称为金属电阻丝的应变灵敏系数，表示金属电阻丝受单位轴向应变作用所产生的电阻相对变化量，且有5.1.2金属电阻应变效应对于大多数金属材料，泊松比μ＝0.3

5、～1.3，所以Ks的数值在1.6～3.6之间。如康铜，Ks＝1.9～2.1；镍铬合金，Ks＝2.1～2.3。对于每一种金属电阻丝，在一定的变形范围内，无论受拉或受压，应变灵敏系数Ks保持不变，但超出该范围时Ks值将发生变化。5.1.3半导体的压阻效应和压阻系数对一块半导体沿某一轴向施加一定的载荷而产生应力时，它的电阻率会发生一定的变化，这种现象称为半导体的压阻效应。由半导体理论可知，不同类型的半导体，施加同一方向的载荷，压阻效应不一样；相同类型的半导体，施加不同方向的载荷，压阻效应也不一样。5.1.3半导体的压阻效应和压阻系数对于某种类型的半导体材料，沿某一轴向施加载荷而产生应力

6、时，它的电阻率的相对变化与作用于材料的轴向应力σx成正比，即式中，πx为半导体材料沿受力方向的压阻系数，它是一个与半导体材料和受力方向有关的系数。5.1.3半导体的压阻效应和压阻系数根据材料力学，轴向应力σx与轴向应变εx的关系为式中E——半导体材料的弹性模数。5.1.3半导体的压阻效应和压阻系数由上面两个式子有将上式代入应变效应表达式中，得5.1.3半导体的压阻效应和压阻系数上式中，Ks称为半导体材料的应变灵敏系数，表示半导体材料受单位轴向应变作用时所产生的电阻相对变化量，且有5.1.3半导体的压阻效应和压阻系数（1+2μ）项是几何形状变化对电阻相对变化量的影响，其值约为1～2

7、；后面一项即为压阻效应的影响，其值远大于前面一项，约为50～150。故可略去（1+2μ）项，因此半导体材料的灵敏系数可表示为：5.1.3半导体的压阻效应和压阻系数半导体材料的电阻应变效应主要是基于压阻效应。一般的半导体材料的弹性模量E＝（1.3～1.9）×1011Pa，压阻系数π＝（48～80）×10-11／Pa，故Ks＝50～150。由此可见，半导体材料的应变灵敏系数远大于金属材料的应变灵敏系数。5.2电阻应变片按材料，电阻应变片有金属电阻应变片和半导体应变片两大类。5.2.1